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1、2019年沙门菌效应蛋白对宿主细胞的影响及分子机制 沙门菌效应蛋白对宿主细胞的影响及分子机制本文关键词：沙门，宿主，蛋白，效应，细胞 沙门菌效应蛋白对宿主细胞的影响及分子机制本文简介：摘要：沙门菌（Salmonellaspp.）作为胞内病原菌，通过侵入宿主细胞，导致人类和多种动物感染疾病。在与宿主细胞的长期斗争中，沙门菌进化出多种机制来逃避宿主的监视与防御，从而完成侵入并生存增殖的过程。尽管一些效应蛋白靶向的宿主因子已经被发现，但大多数效应蛋白的靶点尚且。本文综述了沙门菌效应 沙门菌效应蛋白对宿主细胞的影响及分子机制本文内容： 摘要：沙门菌（Salmonellaspp.）作为胞内病原菌，通过侵
2、入宿主细胞，导致人类和多种动物感染疾病。在与宿主细胞的长期斗争中，沙门菌进化出多种机制来逃避宿主的监视与防御，从而完成侵入并生存增殖的过程。尽管一些效应蛋白靶向的宿主因子已经被发现，但大多数效应蛋白的靶点尚且。本文综述了沙门菌效应蛋白对宿主细胞生理活动的影响，包括对细胞骨架的变化，炎症应答，胞膜修饰和滤泡的胞内移动的现象及其分子机制进行阐述。 关键词：沙门菌；效应蛋白；宿主因子； 沙门菌是一种革兰氏阴性病原菌，能侵入宿主肠道上皮细胞并在胞内生存和增殖，从而引起一系列的疾病，包括肠胃炎、腹痛、伤寒症等1.全球每年由于沙门菌感染导致的疾病与死亡正成为重大的公共卫生问题。 沙门菌通过向宿主细胞内分泌
3、多种毒力因子，来调控宿主细胞的生理活动以利于自身的生存，这些毒力因子被称为效应蛋白。型分泌系统（Typesecretionsystem,T3SS）是沙门菌一套特殊的蛋白质分泌系统，将沙门菌分泌的效应蛋白转运至宿主细胞中2.沙门菌有两套功能不同的型分泌系统T3SS1和T3SS2,分别由沙门菌毒力岛1和2（Salmonellapathogenicityisland,SPI-1和SPI-2）编码3,其中SPI-1编码的T3SS1在细菌感染的初期发挥作用，启动沙门菌对上皮细胞的侵入4.而SPI-2编码的T3SS2在系统性感染中发挥重要作用5,当细菌进入宿主细胞后，T3SS2的效应蛋白被转运至细胞内的不
4、同部位，调控宿主细胞的多种生理状态。除了分泌效应蛋白外，沙门菌感染细胞后会在胞内形成包含沙门菌的滤泡（Salmonella-containingvacuole,SCV）,并在其中增殖6.在沙门菌与宿主细胞的互作过程中，沙门菌分泌的效应蛋白对宿主细胞内信号转导和生理活动具有广泛的调控作用。首先，沙门菌利用效应蛋白操纵宿主细胞骨架蛋白，引起细胞膜的褶皱，从而促进沙门菌的入侵。侵入宿主内的沙门菌分泌效应蛋白抑制炎症反应从而在胞内存活，并进一步形成SCV进行增殖，此时，更多的效应蛋白参与SCV胞膜的修饰，促进SCV的成熟并向胞膜移动，继续感染邻近的细胞。本文即对效应蛋白在胞内的作用进行综述。 1效应蛋
5、白引起细胞骨架的变化 沙门菌感染过程中，肌动蛋白细胞骨架的重排是宿主细胞发生的显着变化之一，并由此促进沙门菌的入侵7.在细胞骨架重排的过程中，RhoGTPase发挥着重要作用，其中小分子Cdc42和Rac常常作为信号传导通路中重要的“分子开关”8-9.SopB是一种具有肌醇磷酸酶活性的效应蛋白，经T3SS1分泌至宿主细胞内，激活以Cdc42为主的RhoGTPase活性，从而促进宿主细胞胞膜肌动蛋白的重排10.SopB也可以通过募集膜联蛋白A2来为肌动蛋白的重排提供平台11（图1）.沙门菌通过特异性地靶向Microfold细胞从而侵入肠道上皮细胞，SopB能够诱导滤泡相关的肠上皮细胞发生上皮间质
6、转化，转分化成为Microfold细胞，这一过程依赖于SopB引起的WNT-catenin信号通路的激活，并能进一步激活NF-B配体RANKL的受体激活因子和受体RANK12. SopE是一种具有鸟苷酸交换因子活性的效应蛋白，它能够与SopB合作发挥功能。SopE通过激活RHOGTPase进而活化下游的p21-activatedkinase（PAK）,PAK磷酸化宿主细胞内的肌球蛋白MYO6,使MYO6募集到富含肌动蛋白的胞膜上，这时SopB参与其中，与MYO6一起启动PI3K信号通路，在沙门菌侵入位点产生磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）,促进细胞骨架接头蛋白的聚集13,启动细胞骨架的重排。尽管S
7、opE与SopB功能上有部分重叠，但其对细胞骨架的重排机制有所不同。一方面，SopE的鸟苷酸交换因子活性能激活Rac1和Cdc42,从而募集WAVE调控复合体（WAVEregulatoryplex,WRC）和神经Wiskott-Aldrich综合征蛋白（neuralWiskott-Aldrichsyndromeprotein,N-WASP）,激活胞膜上的肌动蛋白相关蛋白ARP2/3;另一方面，SopE通过影响WASP家族成核促进因子的聚集和激活（图1）,引起局部肌动蛋白的多聚化，并进一步引起胞膜的褶皱，促进沙门菌的入侵14. 除了SopB和SopE,SipA和SipC一样可以通过调节细胞骨架促
8、进沙门菌的入侵，它们直接与T3SS插入位点处的肌动蛋白结合从而发挥功能。SipA抑制肌动蛋白的解聚并能促进肌动蛋白在细菌侵入上皮细胞的位点聚集（图1）;SipC可能通过与中等纤维蛋白互作进而影响细胞骨架15.为了完成感染宿主细胞的过程，沙门菌分泌上述多种效应蛋白进入宿主的上皮细胞中，破坏肌动蛋白细胞骨架，通过引起胞饮作用促进沙门菌的入侵。 2效应蛋白影响宿主细胞的炎症反应 除了操纵宿主细胞骨架蛋白引发胞饮之外，沙门菌还能引起胃肠道内局部的炎症反应，完成感染宿主细胞的过程。但是，作为机体的防御性反应，炎症反应能使机体代谢增强，促进抗体的形成，增强吞噬细胞的吞噬功能，不利于沙门菌的存活与增殖。因此
9、，在进入宿主细胞后，沙门菌能够逆转已经发生重排的细胞骨架，并分泌效应蛋白抑制机体的炎症反应（图2）. 胃肠道的局部炎症反应能够增强沙门菌对其他肠道菌群的竞争性，促进沙门菌的侵入16.大多数SPI-1编码的效应蛋白都能通过MAPK和NF-B途径产生促炎细胞因子IL-8,引起肠道的炎症反应。宿主细胞受到沙门菌的刺激时，细胞表面的Toll样受体（Toll-likereceptor,TLR）能识别沙门菌的脂多糖等组分，进而激活吞噬细胞，启动对机体内细菌的杀伤，同时也能激活炎症相关的Caspase编码基因的转录17,如Caspase-1编码基因。Caspase1能特异剪切无活性的促炎症细胞因子IL-18
10、和IL-1前体，使其成为有活性的细胞因子，促进炎症反应的发生。通过T3SS输送到宿主胞质中的鞭毛丝状体蛋白FilC和杆状蛋白PrgJ能够激活巨噬细胞中Caspase1编码基因的表达。Caspase1启动吞噬细胞释放促炎性细胞因子IL-18和IL-1，同时促进T细胞释放IL-17和IL-22,在几种细胞因子的共同作用下，肠道黏膜中的炎症反应进一步扩大18.除此之外，能激活Caspase1编码基因表达的效应蛋白还有SipB,这种SPI-1易位子蛋白被注入到细胞膜中并转移至线粒体，造成细胞膜和线粒体损伤从而激活Caspase1编码基因19,活化IL-18和IL-1，使宿主发生炎症反应。SopE是具有
11、鸟苷酸交换因子活性的效应蛋白，在诱导宿主细胞骨架重排后，继续利用RhoGTPaseRac1和Cdc42来激活基质细胞的Caspase1编码基因，引起肠道炎症20.SipA的作用也与激活炎症性Caspase家族成员有关，它最早被发现为是一种与沙门菌侵入宿主细胞过程相关的效应蛋白，既可以促进肌动蛋白聚合，协助沙门菌进入上皮细胞；也能促进多核粒细胞向肠道上皮细胞迁移，对促进Caspase3编码基因的转录发挥着重要的作用，从而直接诱导炎症反应21. 在沙门菌进入宿主细胞后，细胞骨架将会恢复，为避免炎症反应的扩大对沙门菌的生存造成不利影响，沙门菌会释放其他效应蛋白来抑制炎症反应。SptP就是其中一种这样
12、的效应蛋白，在沙门菌感染后使RhoGTPase失活，逆转重排的细胞骨架。SptP具有蛋白质酪氨酸磷酸酯酶活性，能够抑制MAPK途径介导的炎症反应和IL-8的分泌。在感染后期，SptP使AAA+ATPase去磷酸化，这些功能对沙门菌的胞内增殖至关重要22.E3泛素连接酶效应蛋白SspH1和SPI-1效应蛋白AvrA都能够下调宿主因沙门菌入侵而产生的IL-8,其中SspH1结合并使丝/苏氨酸蛋白激酶N1泛素化，从而抑制NF-B的活性23.AvrA具有乙酰转移酶活性，能够靶向MAPK和NF-B通路来抑制由于吞噬细胞细胞凋亡而引起的炎症；SpvC是一种具有磷酸苏氨酸裂解酶活性的效应蛋白，与AvrA一样
13、靶向MAPK和NF-B通路，除此之外它还能通过抑制IL-8和肿瘤坏死因子的生成从而降低炎症反应对细菌胞内生存的影响24. SteA可以被T3SS1和T3SS2分泌到上皮细胞和吞噬细胞中，它在HeLa细胞中的功能体现在引起许多基因表达的改变，激活包括调控细胞外基质组织、细胞增殖和丝/苏氨酸激酶信号通路在内的多个基因表达；抑制包括调控免疫反应、细胞死亡、细胞粘附和细胞迁移等基因的表达，这些功能也暗示着SteA能够调节宿主的炎症反应25. SpvD也能通过影响NF-B通路来抑制炎症反应的进行。SpvD和宿主蛋白Xpo2相互作用，阻断了importin-从细胞核中正常循环，影响了RelA（p65）向细
14、胞核内的迁移，并进一步抑制了受NF-B调控的启动子激活26.PipA、GogA和GtgA属于同一家族的效应蛋白，它们靶向NF-B通路中的各个组成部分，这些效应蛋白作为蛋白酶切除RelA（p65）和RelB转录因子，来抑制炎症反应的发生27. 除了通过抑制NF-B和MAPK通路抑制炎症反应之外，沙门菌还可能通过抑制T细胞的激活来阻止炎症反应的扩大。在沙门菌侵入抗原提呈细胞后，效应蛋白SteD能够结合MHC类分子和宿主的E3泛素连接酶MARCH8,促使MHC类分子被泛素化降解，从而消耗抗原提呈细胞表面的MHC类分子，抑制T细胞的激活，阻止T细胞介导的炎症反应的进行28.在有效抑制宿主的炎症反应后，
15、沙门菌能够在胞内形成SCV并在其中增殖。 3效应蛋白参与宿主细胞SCV膜的修饰 在SCV的成熟过程中，它需要与核内体产生短暂的相互作用，这会导致一些早期核内体的标记物在SCV上聚集，包括转铁蛋白受体、核内体抗原1和smallGTPaseRAB5.这些标记物随后会被后期核内体标记物或是溶酶体标记物所代替，包括溶酶体相关的膜蛋白，GTPaseRAB7,滤泡ATPase和胆固醇等。在沙门菌侵入宿主细胞后形成SCV的初期，SCV会因为其滤泡膜上的修饰而与典型的吞噬体组分产生形态学的差异。 在SCV的修饰过程中，SPI-2效应蛋白发挥了巨大的作用。SPI-2编码的某些T3SS效应蛋白常常定位在SCV上，
